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TiH2粉末的行星球磨及其对烧结钛合金显微组织演变的影响研究

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TiH2粉末的行星球磨及其对烧结钛合金显微组织演变的影响研究

作者：雷豹湖南大学

学位级别：硕士

本论文根据烧结钛合金与原料TiH粉末存在组织遗传性这一基本原理，重点研究TiH粉末在行星高能球磨中的行为与特性，以及球磨工艺及石墨添加量对烧结后显微组织的演变规律，为后续超细晶钛合金的研制奠定基础。固定行星球磨转速为200r/... 详细信息

本论文根据烧结钛合金与原料TiH粉末存在组织遗传性这一基本原理，重点研究TiH粉末在行星高能球磨中的行为与特性，以及球磨工艺及石墨添加量对烧结后显微组织的演变规律，为后续超细晶钛合金的研制奠定基础。固定行星球磨转速为200r/min，以聚乙二醇(PEG)4000作为过程控制剂，装样后对球罐抽真空并充高纯Ar(99.99%)气，研究球磨工艺对TiH粉粒度形貌及脱氢规律等的影响。结果表明，球磨后粉末活性很强，空气中取料易燃烧爆炸生成TiO，在充高纯Ar气手套箱中取料能很好的保护TiH不被污染。不同球磨工艺下，TiH均无分解现象。 TiH粉球磨破碎过程主要分为三个阶段：球磨前期主要是粉末粒度的急剧下降;球磨中期粉末粒径变化不大，主要是粉末的均匀化;球磨后期冷焊作用强于破碎效果，颗粒尺寸不降反增。TiH粉球磨30min，便出现亚微米粉末，d50由球磨前的17.5μm急剧下降至6.5μm;球磨10h，粉体全部达到亚微米级(500nm左右)。最佳球磨时间为10h，最佳球料比为20:1，其中，球料比对粉末性能的影响较为显著。通过DSC分析可知，TiH粉末的脱氢温度随着球磨时间增加而降低。球磨15h后，TiH→TiH1.5结束温度由480°C降至435°C;球磨10h后TiH1.5→α-Ti温度由550°C降低至535°C。球磨工艺对压制坯密度影响的研究表明，球磨前10h，压坯密度随着球磨时间及球料比的增加而升高，球磨15h呈现球料比越大，压坯密度越小的趋势。球磨粉末压坯的整体密度偏小，球磨10h，球料比20:1时密度最大，仅为2.42g/cm。根据PEG差热分析和脱脂后样品表面颜色变化分析，得出最佳脱脂工艺为：烧结工艺对烧结钛合金性能影响表明，当烧结温度为1050°C时，烧结坯密度为4.5g/cm，体收缩率为46.8%，显微组织均匀，晶粒尺寸在5μm以下;当烧结温度高于1050°C时，会发生液相烧结，致使部分晶粒异常长大，部分晶粒尺寸达到20μm;最佳烧结工艺为：按照最佳烧结工艺制备钛合金，并研究球磨工艺和石墨等因素对其烧结行为及性能的影响，结果表明：球磨5h后等轴晶晶粒大小从40μm骤降至10μm;球磨10h后晶粒大小保持在5μm以下，此时，烧结密度最高，达4.62g/cm;球磨15h后样品晶粒异常长大为粗晶。添加石墨后，在α-Ti晶界处，C原子通过扩散机制与Ti反应生成颗粒状TiC(晶粒尺寸为500nm)，能够有效抑制Ti晶粒生长，使其晶粒尺寸约为3μm;随着石墨含量的增加，TiC体积分数和晶粒尺寸均增加。当石墨含量为1%时，球料比从10:1-20:1变化，显微组织中α-Ti晶粒尺寸变化不明显，TiC颗粒尺寸随着球料比增加略有增加;TiC颗粒含量随着球磨时间的增加显著提高，α-Ti晶粒形貌逐渐规则且呈颗粒状但尺寸逐渐减小。

关键词：超细晶钛 TiH2 高能球磨 TiC 石墨

热氢处理对MIMTi-6Al-4V组织及性能的影响

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稀有金属材料与工程 2013年第5期42卷 1057-1061页

作者：雷豹肖平安周威张小虎范安平湖南大学湖南长沙410082

系统研究了热氢处理过程中MIMTi-6Al-4V相组成和显微组织的演变规律,尤其是置氢量变化带来的影响,以实现通过热氢处理改善合金力学性能的目的。结果表明,在650℃置氢时,随着置氢量的增加,首先合金中的β相增多,然后开始析出δ相氢化物,... 详细信息

系统研究了热氢处理过程中MIMTi-6Al-4V相组成和显微组织的演变规律,尤其是置氢量变化带来的影响,以实现通过热氢处理改善合金力学性能的目的。结果表明,在650℃置氢时,随着置氢量的增加,首先合金中的β相增多,然后开始析出δ相氢化物,并形成越来越多的细小针状组织。在850℃进行固溶和620℃进行等温时效使得合金中的溶氢分布更均匀,δ相的析出更充分,针状组织更加丰富。在720℃进行真空除氢处理后,合金的显微组织保持了细小针状组织的特征,并且置氢量越大时除氢后显微组织的细化效果越显著。置氢量为0.51%(质量分数,下同)时MIMTi-6Al-4V经热氢处理后极限抗拉强度、屈服强度和伸长率分别提高11%、13%和19%。

关键词： Ti-6Al-4V 热氢处理显微组织相组成力学性能

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一种平均矩独立重要性指标及其拒绝抽样方法

北京航空航天大学学报 2019年第1期45卷 66-73页

作者：程蕾张磊刚雷豹梁祖典刘鹏中国运载火箭技术研究院北京100076

在矩独立重要性分析过程中,重要性指标往往用于衡量结构系统输出不确定性向输入变量不确定性的逆向分配问题。假设输入参数的方差可以减缩一定比例因子,那么矩独立重要性指标可以定义为该缩减因子的函数。同时,假设输入参数的方差缩减... 详细信息

在矩独立重要性分析过程中,重要性指标往往用于衡量结构系统输出不确定性向输入变量不确定性的逆向分配问题。假设输入参数的方差可以减缩一定比例因子,那么矩独立重要性指标可以定义为该缩减因子的函数。同时,假设输入参数的方差缩减因子为一随机变量,那么可以取矩独立重要性指标函数的均值定义一个新的平均矩独立重要性指标。由于使用Sobol方法计算平均矩独立重要性指标的模型需要循环抽样,计算量很高,故引入拒绝抽样(RS)方法,通过重复利用矩独立重要性分析中的一组输入输出样本,就可以额外计算得到矩独立指标函数和平均矩独立重要性指标,这大大节约了计算成本。本文所提指标函数及平均指标的有效性和RS方法的准确性、高效性通过数值和工程算例得以验证。

关键词：重要性分析矩独立重要性指标函数平均矩独立重要性指标 Sobol方法拒绝抽样(RS)

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航天飞行器折叠翼锁紧机构力学模型

航空动力学报 2023年第12期38卷 3009-3019页

作者：任浩源王毅王亮周剑波常汉江蔡毅鹏雷豹中国航天科技集团有限公司中国运载火箭技术研究院北京100076

针对折叠翼插-拔式锁紧机构建模问题,采用平面应变假设和叠加原理对模型简化降维,构建了考虑间隙效应的连接刚度解析模型。首先,采用能量法求解接触摩擦引起的非静定问题,获得法向和切向接触力;其次,基于Hertz基本解计算出等效接触刚度... 详细信息

针对折叠翼插-拔式锁紧机构建模问题,采用平面应变假设和叠加原理对模型简化降维,构建了考虑间隙效应的连接刚度解析模型。首先,采用能量法求解接触摩擦引起的非静定问题,获得法向和切向接触力;其次,基于Hertz基本解计算出等效接触刚度,并采用梁模型计算弹性销的弯曲变形;通过将解析解与文献试验值进行对比,对方法的适用性进行验证,并进一步针对不同接触模式开展参数影响分析,最终给出了载荷和间隙对连接刚度的影响规律。结果表明:当载荷由20 N·m变为50 N·m时,锁紧机构的连接刚度增大约3%~5%,存在刚度渐硬非线性效应;而随间隙增大,连接刚度呈现下降趋势,其原因为配合尺寸影响弹性销与孔壁的相对姿态。

关键词：折叠翼面锁紧机构力学模型接触刚度半解析方法

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球磨时间和氧化铝含量对氧化铝弥散增强铜基复合材料组织与性能的影响

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机械工程材料 2011年第1期35卷 40-42,53页

作者：肖广志肖平安周威雷豹张小虎湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

采用高能球磨法,通过改变Al2O3含量(质量分数)和调节球磨时间等参数,烧结制备出不同含量Al2O3颗粒弥散增强的铜基复合材料;通过显微组织观察、相对密度、电导率和硬度的测试,研究了Al2O3含量和球磨时间对烧结体组织和性能的影响。结果表... 详细信息

采用高能球磨法,通过改变Al2O3含量(质量分数)和调节球磨时间等参数,烧结制备出不同含量Al2O3颗粒弥散增强的铜基复合材料;通过显微组织观察、相对密度、电导率和硬度的测试,研究了Al2O3含量和球磨时间对烧结体组织和性能的影响。结果表明:球磨转速为270 ***-1时,随球磨时间延长,铜晶粒细化和晶格畸变增加,晶粒从片层状逐渐变为球状,烧结体的相对密度先升高后降低,电导率和硬度升高;随着氧化铝含量的降低,相对密度提高,硬度先降后升,含1.2%Al2O3时相对密度最大为89.4%,电导率最高为50%IACS。

关键词：铜基复合材料高能球磨弥散强化 Al2O3颗粒

TiH_2粉末的高能行星球磨及超细晶钛烧结

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中国有色金属学报 2013年第10期23卷 2825-2832页

作者：曹杰义肖平安雷豹张小虎范安平轩翠华湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

研究TiH2粉末的高能行星球磨规律,然后使用制备出的球磨粉末开展压制-真空烧结,评价烧结样品的显微组织特征。结果表明,TiH2粉末的高能球磨可划分为3个基本阶段:球磨初期粉末粒度迅速细化;球磨中期粉末粒度逐步趋向最小极限尺寸,同时粉... 详细信息

研究TiH2粉末的高能行星球磨规律,然后使用制备出的球磨粉末开展压制-真空烧结,评价烧结样品的显微组织特征。结果表明,TiH2粉末的高能球磨可划分为3个基本阶段:球磨初期粉末粒度迅速细化;球磨中期粉末粒度逐步趋向最小极限尺寸,同时粉末粒径的均匀性和分布集中程度明显改善;在球磨的后期,粉末粒径又会发生粗化现象。因此,TiH2粉末的高能行星球磨存在一组最佳的工艺参数。高能球磨会改变TiH2粉末的脱氢特征温度,且粉体的D50越小,特征温度下降幅度越大,与原料粉末相比,最大差值达83℃。对烧结样品的显微组织分析显示,通过由球磨TiH2粉末所获得的烧结钛合金的晶粒度得到了显著地细化;当采用优化的工艺开展球磨TiH2粉末制备时,通过压制和真空烧结可获得平均晶粒度在5μm以下的超细晶钛。

关键词： TiH2 行星球磨粉末粒度显微组织晶粒度

唐山又怎么了？——唐山市林西百货大楼“三·一四”特大火灾纪实

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安徽消防 1993年第5期 16-18页

作者：雷豹

公元1976年的唐山大地震，牵动了全国人民的心．事隔18年后，这座“凤凰城”遭遇害的又一惨剧为亿万人所注目——1993年2月14日午后的一起特大火灾，烧死80人，伤55人，经济损失400余万元．其中年龄最小的只有9个月，大楼营业员有21人... 详细信息

公元1976年的唐山大地震，牵动了全国人民的心．事隔18年后，这座“凤凰城”遭遇害的又一惨剧为亿万人所注目——1993年2月14日午后的一起特大火灾，烧死80人，伤55人，经济损失400余万元．其中年龄最小的只有9个月，大楼营业员有21人遇害难。

关键词：特大火灾百货大楼纪实唐山市营业员凤凰城中国经济损失人民

单向纤维束SiC/SiC复合材料强度统计分布规律与微结构损伤分析

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复合材料学报 2023年第7期40卷 4210-4225页

作者：张晨孙国栋雷豹李旭勤张青孟志新高祥云长安大学材料科学与工程学院西安710064 中国运载火箭技术研究院北京100076 成都工业学院材料与环境工程学院成都611730 西北工业大学超高温结构复合材料重点实验室西安710072 西安航空学院材料工程学院西安710077

SiC/SiC复合材料力学性能离散性来源于其结构单元和微结构特征。本文针对结构最简单的单向纤维束SiC/SiC复合材料,通过双参数Weibull分布和中位估计分布分析其强度分布规律,基于该复合材料各组元(基体、界面相、纤维)微结构的深度学习... 详细信息

SiC/SiC复合材料力学性能离散性来源于其结构单元和微结构特征。本文针对结构最简单的单向纤维束SiC/SiC复合材料,通过双参数Weibull分布和中位估计分布分析其强度分布规律,基于该复合材料各组元(基体、界面相、纤维)微结构的深度学习来揭示其离散性。结果表明:小试炉和中试炉制备的单向纤维束SiC/SiC的拉伸强度分别位于(331.02 MPa,407.82 MPa)和(161.09 MPa,540.95 MPa);前者威布尔模数(20.59)比后者(5.01)高出75.7%,表明中试的离散性增大。断口形貌深度学习结果表明:基体开裂、界面偏转和纤维断裂拔出是主要的失效机制,定量分析得到基体裂纹间距分布于(83.2μm,107.8μm),通过细观力学公式计算表明基体非均匀性为影响复合材料可靠性的主要原因。

关键词：单向纤维束SiC/SiC 微结构 Weibull分布深度学习拉伸性能

TiH_2粉注射成形用新型粘结剂的研制及其性能

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机械工程材料 2012年第1期36卷 52-57页

作者：肖平安周威刘素红肖广志雷豹张小虎湖南大学材料科学与工程学院长沙410082

研发了一种适合TiH2粉注射成形用新型石蜡基粘结剂,对粘结剂组元间的相容性进行了计算,并分析了该粘结剂的流变性能和脱脂性能。结果表明:该新型粘结剂各组元相容性好,能够与TiH2粉实现良好混合,装载量(体积分数)达到70%以上;粘结剂流... 详细信息

研发了一种适合TiH2粉注射成形用新型石蜡基粘结剂,对粘结剂组元间的相容性进行了计算,并分析了该粘结剂的流变性能和脱脂性能。结果表明:该新型粘结剂各组元相容性好,能够与TiH2粉实现良好混合,装载量(体积分数)达到70%以上;粘结剂流变性能佳且稳定,在注射温度为160℃和剪切速率为125s-1的条件下,黏度为0.081Pa.s,粘流活化能为***-1;与常规石蜡基粘接剂相比,在同样工艺条件下使用正庚烷脱脂时相同时间下脱脂率提高20%～30%;脱脂坯缺陷少、保形性好;与原料粉相比,经过热脱脂后坯样的碳含量仅增加了0.02%,氧和氮含量均降低。

关键词： TiH2粉注射成形粘结剂流变性能脱脂性能